兰炭末制备水炭浆及其燃烧性能评价

摘要

本文以兰炭末为原料制备出新型清洁燃料-水炭浆，对我国煤化工、冶金等高耗能、高污染行业的技术升级、节能减排及产业链延伸具有重要的意义。主要研究了粒度级配、添加剂种类和复配方案、温度及搅拌作用等因素对水炭浆的粘度、流动性及稳定性等的影响规律，确定了最佳制备工艺及技术参数，并利用热重分析及Aspen Plus模拟对水炭浆的燃烧过程和燃烧性能进行了分析评价。 研究表明，添加剂及粒度级配是影响水炭浆浓度、粘度和稳定性的重要因素。使用复配分散剂可以极大提高单型分散剂的分散和稳定性能，木质素磺酸钠（SL）与聚羧酸系分散剂（PC）复配后，SL弥补了PC在兰炭表面缩合芳环主体上吸附性能差的缺陷，使其立体吸附于兰炭的芳香核上，使SL和PC的分散和稳定性能得到了协同增强，当SL-PC添加量为1.0wt%、最佳配比SL:PC=2:1时的最高成浆浓度可达到65.50%。筛分分级可以获得最优级配M<45um: M45μm～74um: M74μm～125um: M125μm～250um=5:2:2:1，使兰炭末（研磨时间250s）最大成浆浓度从63.53%提高到64.57%。磨制分级在研磨时间一定时，成浆性不如筛分分级，但通过增加研磨时间可获得较高的成浆浓度，当研磨时间为750s，磨制分级制浆最大成浆浓度为66.76%。高温和过度搅拌均不利于水炭浆的制备，保持适当的温度、搅拌时间及搅拌速度是制备高浓度水炭浆的关键条件。 水炭浆的最佳制备工艺条件为：磨制分级750s、复配分散剂SL-PC（添加量为1.0wt%，复配比例SL:NSF=2:1）、稳定剂CMC（添加量0.02wt%）、制备温度25℃、搅拌速度800r/min和搅拌时间10min，在该条件下兰炭末的最大成浆浓度为66.02%，此时水炭浆的表观粘度为911.02mPa.s、流动时间为49s以及析水率0.56%。 TG-DTG、DSC分析表明，水炭浆的燃烧过程可分为水分蒸发、挥发分析出燃烧及残炭和挥发分共同燃烧直至燃尽三个阶段，与水煤浆相比水炭浆存在热值低、燃烧滞后、着火稳定性差等缺点。Aspen Plus模拟分析结果表明，进料物流参数：兰炭末流量1000kg/hr、水量538kg/hr以及助燃空气流量9000kg/hr时，BURN温度可达1502.41℃，热量达11886MJ/hr。水炭浆燃烧过程具有燃烧高效充分（96.46%）、烟气中污染气体排放量低（NO+NO2+SO2+SO3=0.52wt%）、粉尘含量少（0.013kg/hr）且粒径小（0.32μm～0.61μm）等优点，是一种清洁高效的环保型燃料，并且兰炭末价格低廉，具有非常好经济效益和市场潜力，值得深入研究与推广应用。

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1文献综述

1.1引言

1.2兰炭概述

1.3兰炭末的利用

1.4洁净能源-水煤浆

1.5背景意义及研究内容

2实验程序

2.1实验原料

2.2实验试剂及设备

2.3实验步骤及研究方法

3兰炭末制备水炭浆的工艺研究

3.1原料分析

3.2.添加剂的影响

3.3.粒度的影响

3.4温度的影响

3.5搅拌作用的影响

3.6正交实验

3.7兰炭末的表面改性

3.8本章小结

4水炭浆的燃烧性能评价

4.1热重分析

4.2 Aspen Plus水炭浆燃烧过程模拟

4.3 本章小结

5结论和展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

附录 硕士研究生学习阶段所获成果

致谢